水工地质5(岩体工程地质性质).ppt

1、第五章 岩体工程地质性质,参与岩石工程地质性质描述的主要物理指标包括两类： 1物理指标 2水理指标,一、岩石的物理性质指标,第一节 岩石地质及力学指标,1物理指标,（1）质量： 比重(special gravity)：单位体积岩石固体部分的重量与同体积水之比; 容重(volume-weight)：单位体积岩石的重量（含孔隙）; （2）空隙性：岩石构成除了固体颗粒外，其间还分布有孔隙、裂隙，这称为岩石的空隙性，以空隙率(porosity)来表达。 而一般来讲，n（沉积岩） n（变质岩） n（新鲜岩浆岩）,(2）透水性(permeability)：水份可通过岩石移动的性能，以渗透系数k来衡量。 透

2、水层（含水层）：k0.001m/24hr 隔水层（不透水层）：k0.001m/24hr,2水理指标 （1） 吸水性(water-absorb character)：一定条件下岩石可吸纳水份的性能，常以饱水率表达。 Ww2：岩石在1500 atm下吸水的质量。Ws：岩石的干重。,（4）抗冻性(frosty)：岩石抵抗冻融破坏的性能（抗冻胀性），以强度损失率表达（在25间反复冻融25次，西部寒区考虑 ）。 Rs1=冻融后的岩石抗压强度（饱和） Rs2=冻融前的饱水岩石抗压强度。,（3）软化性(softy)：岩石浸水后强度降低的性能，多以软化系数Kd表示。 Rw岩石饱水条件下的抗压强度。 Rd岩石干

3、燥条件下的抗压强度。,二、岩石的力学性质,*依单轴应力曲线，自然材料可分为： a.线性弹性材料 b.完全弹性材料 c.带滞回环的弹性材料 d.弹塑性材料,1岩石的变形特性 岩石是标准的弹塑性体，即瞬时高压作用下表现为弹脆性体，而长期慢施高压下表现为塑性体，其变形可分为4个阶段。,弹脆性变形 -断层,弹塑性变形 -褶皱,（3）裂隙发展和破坏阶段：新裂隙产生并发展，增加不多，而快速增加，直至最高点，岩石发生整体破坏，此点的值称单轴极限抗压强度。,（1）微裂隙压密阶段：岩石中微裂隙在荷重下压密，此阶段变化小而变化大,（2）弹性变形阶段：裂隙进一步密合，不产生新裂隙，、近乎同步增加（曲线外切线近45）

4、，最高点称弹性极限抗压强度，亦称屈服点。,（4）峰值后阶段：岩石大变形，下降至稳定。,屈服点,（2）泊松比(Poise Ratio) 单轴压缩条件下，横向应变与纵（轴）向应变之比（过屈服点后）,2岩石的变形特性指标,（1）弹性模量（modulus of elasticity,认为岩石是准弹性体） 单轴压缩条件下，轴向压变力与轴向应变之比。 （1Pa=1N/m2）,强度分抗压(compressive Strength)，抗拉(tensile Strength )和抗剪强度(shear Strength)三类，对岩石材料而言， 抗压强度抗剪强度抗拉强度。 地基的处理与设计就是使岩石中尽量消除拉应力

5、，一般而言，三类强度， 细晶岩浆岩变质岩沉积岩,3岩石的强度(Strength) 岩石抵抗外力破坏的能力。,应力(stress)不变的情况下岩石的变形（deformation,或应变）随时间增大的现象。是岩层中形成褶皱构造的根本原因，结构越松软的岩石蠕变的量越大，可能性越高，如100 kg/cm2应力下： 页岩砂岩 细晶,三、岩石的蠕变,岩石蠕变 形成的香 肠状构造,岩体( Rock mass)：是工程影响范围内的地质体，由处于一定应力状态的被各种结构面所切割的岩石组成。,在各种类型各种规模的地质构造作用下，完整的岩石被切割成支离破碎的小块，所以同体积下的完整岩石与破碎岩石力学性质肯定是不同的

6、，在工程建筑中，不能完全以岩石的力学性质来界定其工程地质性质。而这种影响到建筑安全稳定性的，受各类结构面切割的破碎岩块就是岩体。,第二节 岩体的工程地质特性及工程地质分类,3软弱结构面：是一类特殊的结构面，特指岩体中具有一定厚度的结构面。它可以是原生的，也可以是次生的，工程地质勘察中应予以特别重视。如砂岩中的泥岩夹层，花岗岩中的裂隙风化带等。,一、岩体结构面类型,指切割岩石的所有地质界面，如岩层面、断层面、节理面等。依据结构面成因将其分为三种类型。,1原生结构面：与岩石同时形成，如层面、片理，收缩裂隙。,2次生结构面：岩石形成后叠加形成的，节理面，断层面等。,二、岩体结构类型（岩块特点+岩块组

7、合特点） 是岩体力学（1951奥地利学派诞生起）研究的重点内容。,1结构体形式 依据岩石碎块的面、角特点可分为五种： （1）锥形：即由4个面构成的岩石块，类似于4面体。,（2）楔形：具有5个面的岩石块，类似于楔形，有一个面角远小于其余各面角的特点。 （3）菱形：具有6个面的岩石块，类似棱形，各面角夹角大小不一。,（4）方形：具有6个面的岩石块，但各面角均近似于90。 （5）聚合形：多于6个面的岩石块。,从洞顶悬垂稳定和地基抗滑两方面来看，上述结构体形式的稳定程度是： 聚合形 菱形 方形 楔形 锥形,2岩体结构类型,特指工程范围内由结构面围限起来的结构体的组合形式，依据岩石类型、结构面性质和结构

8、体形式可将岩体结构分为6种类型：,（2）块状结构：整体强度高、块度均匀，与完整岩体相近。,（3）镶嵌结构：块度具有显著两分性，但整体强度仍较高。,（1）整体结构：即完整岩体，强度高、力学性质稳定。,（5）层状结构：是沉积岩或变质沉积岩具有的结构，受层内软弱夹层或层间层面特点控制。,（6）散体结构：指相对于工程规模岩块块度小，细颗粒较多接近松散介质的岩体结构，一般是工程清挖的对象。,（4）碎裂结构：岩石完整性差，强度受地质构造控制。,作为工程建筑的地基、围岩或是材料的岩体，因为其岩石质量不同，岩体结构类型不同，岩体结构面类型也有差异，再加上水的参与，风化作用的影响等等，使岩体质量的评定因素十分复

9、杂。但为了满足工程建设的实际需要必须对岩体的工程地质质量进行分类。,三、岩体的工程地质质量分类,美国迪尔(伊利诺斯大学)提出，即修正的岩芯采取率法。指以钻孔获取的大于10cm的完整岩芯的总长Lp与钻孔总进尺Lt之比作为岩石质量指标：,1岩石质量指标（R、Q、DRock, quality designation）分类,依据R.Q.D值的不同将岩体质量分为五个等级： RQD=90100% 极好的 very good RQD=7590% 好的 good RQD=5075% 不足的（可以） rather good或less good RQD=2550% 劣的 bad RQD=025% 极劣的 very

10、 bad,方法评述： 该方法简单易行，且可在勘察中伴随进行，因而为多数工程单位采用，但它过于简单，难以反映蚀变充填物性质，岩体抗剪性等性质，因此多只作为分类的一个因素而非唯一因素。,方法评述： 即按前述岩体结构类型分类增加工程地质性质评判内容构成，该方法抓住了岩体、工程地质质量分类的实质，但缺乏量化指标，故在实际中较少采用。,2岩体结构类型分类 由中科院地质研究所谷振德在1970s提出和完善(P147)。,岩石质量指标 节理面糙度 裂隙水折减系数 节理组数 节理面蚀变程度 地应力影响 Q=0.011000 无量纳，数值越大，围岩越坚硬完整。,3巴顿岩体分类,挪威，N、巴顿于1974年为适应隧道支护设计而提出，目的是完善RQD分类虽然简单、但却不够全面的不足。是一个六因素组合计算的围岩岩体质量Q分类法。,方法评述： 该方法定性与定量结合，因素考虑较全面，但是只适用于各类地下洞室，适用面窄